1 c++多线程创建和传参

选与握2024-06-11 16:56

什么是进程？

系统资源分配的最小单位。

什么是线程？

操作系统调度的最小单位，即程序执行的最小单位。

为什么需要多线程？

（1）加快程序执行速度和响应速度, 使得程序充分利用CPU资源。

（2）多个线程可以在同一时间并行执行，将一个任务分成多份，让多个线程执行，加快执行速度。比如for循环，可以分解成多个线程同时处理。

（3）相比进程，线程创建和销毁的成本更低.

（4）同一进程内线程间的切换比进程间的切换要快，尤其是用户级线程间的切换。

进程和线程之间的关系

（1）线程属于进程，一个进程可以拥有多个线程，每个线程执行不同的任务。

（2）每个进程都有一个主线程。

（3）一个进程中的所有线程，共享资源和进程空间（代码段、数据段、堆等），但每个线程有各自的栈空间和线程控制块。

（4）进程之间的资源是独立的。

（5）进程间切换时，需要交换整个地址空间，而线程之间切换时，只是切换线程的上下文环境。

线程的状态

线程的状态反映了线程在其生命周期中的不同阶段

  • New（新创建）

线程已被创建，但未开始执行。

  • **Ready（就绪）**或 Runnable（可运行）

线程已经准备好运行，但未获得CPU资源，进入就绪队列，就等着运行了。

  • Running（运行）

线程正在cpu上执行代码，就绪状态的线程获取了CPU资源。

  • Blocked（阻塞）或 Waiting（等待）

条件不满足，进入阻塞状态，条件满足了进入就绪状态。线程因为某种原因（如等待I/O操作完成、等待获取锁、等待通知等）而暂停执行。线程不会消耗CPU资源，并且不能执行任何代码，直到阻塞的原因被消除（如I/O操作完成、锁被释放、收到通知等）。

  • Terminated（被终止）

线程已经完成了任务，或者由于某种原因（如异常，返回）而退出。一旦线程终止，就不能再运行。

sleep: 等到睡眠时间到，会自动恢复到就绪态。

挂起：是把进程或线程挂在外存，需要执行时，再把它移到内存中。

阻塞: 在等待某种事件或者资源，一旦获得资源或者事件信息就自动转成就绪态。

线程创建和参数传递

值传递

#include<thread>
#include<iostream>
#include<vector>

using namespace std;

// 值传递
// 该函数复制传入的变量，即在子线程中修改该参数不会影响主线程的参数。
void (int num)
{
    num += 1;

    cout << "子线程id: " << this_thread::get_id()<< ", num: " << num<< endl;
    cout<<"child thread num memory address: "<< &num<<endl;
}

int main(int argc, char* argv[]){
    int num = 10;
    
    //t1为新建
    //第一个参数为函数名，第二个参数为该函数的第一个参数，如果该函数有多个参数就依次写在后面。此时线程开始执行。
    thread t1(thread_func_1, num);
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100)); //sleep 100ms

    cout << "主线程id： " << this_thread::get_id() << endl;
    cout << "主线程中获取子线程id " << t1.get_id() << endl;
    cout<<"main thread num memory address: "<< &num<<", num = "<<num<<endl;

    t1.join(); //阻塞主线程, 直至子线程执行结束。


    return 0;
}

编译

g++ main.cpp -o main -l pthread

运行

./main

执行结果如下：

子线程id: 140038849767168, num: 11

child thread num memory address: 0x7f5d55e51dac

主线程id： 140038867724096

主线程中获取子线程id 140038849767168

main thread num memory address: 0x7fffeef939d0, num = 10

子线程num=11， nun内存地址是0x7f5d55e51dac；主线程num=10， nun内存地址是 0x7fffeef939d0。说明子线程中修改参数的值，没有改变主线程中的值。 num被复制后传递到thread_func_1中。

引用传递

#include<thread>
#include<iostream>
#include<vector>

using namespace std;

//传递引用
//传递参数时，使用std::ref, 在子线程中修改该参数会影响主线程的参数。
void thread_func_1(int& num)
{
    num += 1;
    
    cout << "thread_func_1子线程id: " << this_thread::get_id()<< ", num: " << num<< endl;
    cout<<"child thread num memory address: "<< &num<<endl;
}

int main(int argc, char* argv[]){
    int num = 10;
    thread t1(thread_func_1, std::ref(num));

    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100)); //sleep 100ms

    cout << "主线程id： " << this_thread::get_id() << endl;
    cout << "主线程中获取子线程id " << t1.get_id() << endl;
    cout<< "main thread num memory address: "<< &num<<", num = "<<num<<endl;

    t1.join(); //阻塞主线程, 直至子线程执行结束。


    return 0;
}

编译

g++ main.cpp -o main -l pthread

运行

./main

执行结果如下：

thread_func_1子线程id: 140508139726592, num: 11

child thread num memory address: 0x7fffa22eea90

主线程id： 140508157683520

主线程中获取子线程id 140508139726592

main thread num memory address: 0x7fffa22eea90, num = 11

子线程num=11， 主线程num=11，内存地址都是0x7fffa22eea90。说明子线程中修改参数num的值，主线程中num数值也改变了。创建线程传参时加上std::ref操作的才是同一块内存。

指针传递

#include<thread>
#include<iostream>
#include<vector>

using namespace std;

// 传递指针， 在子线程中修改该参数会影响主线程的参数。
void thread_func_1(int* p)
{
    *p = *p + 1;
    cout << "子线程id: " << this_thread::get_id() <<endl;
    cout<<"child thread num memory address: "<< p<< ", num = " << *p<<endl;
}

int main(int argc, char* argv[]){
    int num = 10;
    thread t1(thread_func_1, &num);

    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100)); //sleep 100ms

    cout << "主线程id： " << this_thread::get_id() << endl;
    cout<<"main thread num memory address: "<< &num<<", num = "<<num<<endl;

    t1.join(); //阻塞主线程, 直至子线程执行结束。


    return 0;
}

编译

g++ main.cpp -o main -l pthread

运行

./main

执行结果如下：

子线程id: 140096623552256

child thread num memory address: 0x7ffed5c7ead0, num = 11

主线程id： 140096641509184

main thread num memory address: 0x7ffed5c7ead0, num = 11

子线程num=11， 主线程num=11，内存地址相同。说明子线程中修改参数num的值，主线程中num数值也改变了。子线程和主线程访问的是同一块内存，传递指针和引用效果是一样的。

线程可调用对象

C++中可调用对象：函数指针、lambda表达式、bind对象、仿函数等

函数指针

上面介绍传递引用代码中，介绍的可调用对象thread_func_1是函数指针。

#include<thread>
#include<iostream>
#include<vector>

using namespace std;

// 值传递
// 该函数复制传入的变量，即在子线程中修改该参数不会影响主线程的参数。
void (int num)
{
    num += 1;

    cout << "子线程id: " << this_thread::get_id()<< endl;
    cout<<"child thread num memory address: "<< &num<< ", num = " << num<<endl;
}

int main(int argc, char* argv[]){
    int num = 10;

    thread t1(thread_func_1, num);

    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100)); //sleep 100ms

    cout << "主线程id： " << this_thread::get_id() << endl;
    cout<<"main thread num memory address: "<< &num<<", num = "<<num<<endl;

    t1.join(); //阻塞主线程, 直至子线程执行结束。


    return 0;
}

bind对象

#include<thread>
#include<iostream>
#include<vector>
#include <functional>

using namespace std;

void thread_function(int arg1, std::string arg2) {
    std::cout << "child thread bind arguments: " << arg1 << " " << arg2 << std::endl;
}
                                                                                                                            
int main(int argc, char* argv[]){
    // std::bind将函数与其参数一起进行绑定
    // std::placeholders::_1 参数占位符, 指定函数参数的位置
    auto fn = std::bind(thread_function, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2);
    std::thread t2(fn, 1, "20");
    t2.join();

    return 0;
}

编译

g++ main.cpp -o main -l pthread

运行

./main

执行结果如下：

child thread bind arguments: 1 20

Lambda表达式

#include<thread>
#include<iostream>
#include<vector>

using namespace std;


void thread_func_1(int arg1, int arg2){
    std::cout << "child thread arguments: " << arg1 << ", " << arg2 << std::endl;
}

int main(int argc, char* argv[]){

    int arg1 = 3;
    int arg2 = 5;

    //lambda表达式
    std::thread t1([arg1, arg2](){
        thread_func_1(arg1, arg2);
    });

    t1.join();
    

    return 0;
}

输出结果：

child thread arguments: 3, 5

仿函数

#include<thread>
#include<iostream>
#include<vector>

using namespace std;


class MyClass{
    public:
        MyClass(){cout << "constructor" << endl;}
        void operator()(int num)   // 重载括号运算符
        {
            cout << "num " << num << endl;
        }

};

int main(int argc, char* argv[]){
    MyClass object;
    std::thread t1(object, 5);
    t1.join();

    return 0;
}

成员函数

#include<thread>
#include<iostream>
#include<vector>

using namespace std;


class MyClass{
    public:
        void test(){
            cout<<"member function"<<endl;
        }

};



int main(int argc, char* argv[]){
    MyClass object;
    //第一个参数为类成员函数，第二个为类对象
    std::thread t1(&MyClass::test, &object);

    if(t1.joinable()){
        t1.join();
    }

    return 0;
}
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